Masar
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Bac Tunisie
Entraîner la reconnaissance
C-ANombres complexes

Équation dans C\mathbb{C}, module, argument et ensembles de points

Idée directrice

Forme attestée en 2018 session contrôle, exercice 4 (mode equation_complexe) : résoudre (E)(E) dans C\mathbb{C}, puis interpréter un quotient d'affixes via module et argument (ensembles de points). Pas une reconnaissance de similitude / rotation (cela irait en SS).

Signature de reconnaissance — l'énoncé se trahit ainsi

« Résoudre dans C\mathbb{C} l'équation (E):z2(1+i)zi=0(E): z^2-(1+i)z-i=0 »

« Écrire z1z_1 sous forme exponentielle »

« Z=z+iz1Z=\dfrac{z+i}{z-1} ; Z=1|Z|=1 ; ensemble des points MM »

« Interpréter arg(Z)\arg(Z) »

Sujet principal

Exercice — équation complexe et lieu (esprit 2018 contrôle, ex.4)

5 questionsFigure fournieCorrigé masqué

On considère, dans C\mathbb{C}, l'équation (E):z2(1+i)zi=0(E): z^2-(1+\mathrm{i})z-\mathrm{i}=0.

  1. Résoudre dans C\mathbb{C} l'équation (E)(E). On note z1z_1 et z2z_2 les solutions.
  2. Écrire z1z_1 sous forme exponentielle : déterminer le module z1|z_1| et un argument arg(z1)\arg(z_1).
  3. Soit AA et BB les points d'affixes respectives 11 et i-\mathrm{i}. Pour zCz\in\mathbb{C} distinct de 11 et de i-\mathrm{i}, on pose Z=z+iz1Z=\dfrac{z+\mathrm{i}}{z-1}.
  4. Montrer que Z=1|Z|=1 si et seulement si le point MM d'affixe zz appartient à un ensemble de points que l'on déterminera.
  5. Interpréter géométriquement arg(Z)\arg(Z) en termes d'angle (AM,BM)(\overrightarrow{AM},\overrightarrow{BM}).
Voir la correction commentéeAprès avoir posé votre démarche

1. Idée : discriminant, puis une racine carrée complexe de Δ\Delta. Δ=(1+i)2+4i=2i+4i=6i\Delta=(1+\i)^2+4\i=2\i+4\i=6\i. Comme (1+i)2=2i(1+\i)^2=2\i, on a (3(1+i))2=3×2i=6i\big(\sqrt3(1+\i)\big)^2=3\times2\i=6\i : δ=3(1+i)\delta=\sqrt3(1+\i) est une racine carrée de Δ\Delta. D'où

z1=(1+i)+3(1+i)2=1+32(1+i),z2=132(1+i)z_1=\frac{(1+\i)+\sqrt3(1+\i)}{2}=\frac{1+\sqrt3}{2}(1+\i),\qquad z_2=\frac{1-\sqrt3}{2}(1+\i)

2. Idée : z1z_1 est un réel positif fois 1+i1+\i. z1=1+321+i=(1+3)22|z_1|=\dfrac{1+\sqrt3}{2}\,|1+\i|=\dfrac{(1+\sqrt3)\sqrt2}{2} et argz1arg(1+i)π4(mod2π)\arg z_1\equiv\arg(1+\i)\equiv\dfrac{\pi}{4}\pmod{2\pi} (le facteur réel est strictement positif). Ainsi z1=(1+3)22eiπ/4z_1=\dfrac{(1+\sqrt3)\sqrt2}{2}\,\e^{\i\pi/4}.

3–4. Idée : un module de quotient est un rapport de distances. Z=z+iz1=zzBzzA=MBMA|Z|=\dfrac{|z+\i|}{|z-1|}=\dfrac{|z-z_B|}{|z-z_A|}=\dfrac{MB}{MA}. Donc Z=1    MA=MB    M|Z|=1\iff MA=MB\iff M appartient à la médiatrice de [AB][AB]. Avec A(1;0)A(1;0) et B(0;1)B(0;-1) : (x1)2+y2=x2+(y+1)2    x+y=0(x-1)^2+y^2=x^2+(y+1)^2\iff x+y=0. Ni AA ni BB n'est sur cette droite, aucun point n'est à exclure :

{M : Z=1}=la droite d’eˊquation x+y=0 (meˊdiatrice de [AB])\{M\ :\ |Z|=1\}=\text{la droite d'équation }x+y=0\ \text{(médiatrice de }[AB])

5. Idée : l'argument d'un quotient zzBzzA\dfrac{z-z_B}{z-z_A} est l'angle orienté en MM. Z=zzBzzAZ=\dfrac{z-z_B}{z-z_A}, donc pour MA,BM\neq A,B : argZ(MA,MB^)(mod2π)\arg Z\equiv\big(\widehat{\vec{MA},\vec{MB}}\big)\pmod{2\pi}. En particulier ZZ réel     \iff AA, BB, MM alignés (MM sur la droite (AB)(AB) privée de AA et BB) et ZZ imaginaire pur     \iff MM sur le cercle de diamètre [AB][AB] privé de AA et BB.

Exercices d'entraînement — une nuance à la fois

Entraînement 01 / 01

Drill C-A.1 — module et argument d'une solution

3 questionsCorrigé masqué

On admet que z1=(1+3)(1+i)2z_1=\dfrac{(1+\sqrt{3})(1+i)}{2} est une solution de (E):z2(1+i)zi=0(E): z^2-(1+i)z-i=0.

  1. Calculer le module z1|z_1|.
  2. Déterminer un argument de z1z_1.
  3. En déduire l'écriture de z1z_1 sous forme exponentielle.
Voir la correction commentéeAprès avoir posé votre démarche

1. On a z1=1+32(1+i)z_1=\dfrac{1+\sqrt{3}}{2}\cdot(1+i). Or 1+i=2|1+i|=\sqrt{2}, d'où z1=1+322|z_1|=\dfrac{1+\sqrt{3}}{2}\sqrt{2}.

2. arg(1+i)π4(mod2π)\arg(1+i)\equiv\dfrac{\pi}{4}\pmod{2\pi} et 1+32>0\dfrac{1+\sqrt{3}}{2}>0, donc arg(z1)π4(mod2π)\arg(z_1)\equiv\dfrac{\pi}{4}\pmod{2\pi}.

3. Conclusion : z1=(1+3)22eiπ/4z_1=\dfrac{(1+\sqrt{3})\sqrt{2}}{2}\,e^{i\pi/4}.

Méthode / Automatismes
  • Équation du second degré : discriminant dans C\mathbb{C}, racines carrées de complexes.
  • Module-argument : reiθ=r|re^{i\theta}|=r, arg(reiθ)θ\arg(re^{i\theta})\equiv\theta.
  • za=zb|z-a|=|z-b| : médiatrice de [A,B][A,B].
  • argzazb\arg\dfrac{z-a}{z-b} : angle de vecteurs.
Pièges classiques

Prendre une mauvaise racine carrée de 6i6i. Confondre Z=1|Z|=1 avec un cercle de centre AA ou BB au lieu de la médiatrice. Glisser vers « zaz+bz\mapsto az+b est une rotation » alors que l'énoncé ne le demande pas.